અલ્ટ્રા-હાઇ પાવર ગ્રેફાઇટ ઇલેક્ટ્રોડ્સના કાર્ય સિદ્ધાંત.

અલ્ટ્રા-હાઇ પાવર (UHP) ગ્રેફાઇટ ઇલેક્ટ્રોડ્સનો કાર્ય સિદ્ધાંત મુખ્યત્વે આર્ક ડિસ્ચાર્જ ઘટના પર આધારિત છે. તેમની અસાધારણ વિદ્યુત વાહકતા, ઉચ્ચ-તાપમાન પ્રતિકાર અને યાંત્રિક ગુણધર્મોનો ઉપયોગ કરીને, આ ઇલેક્ટ્રોડ્સ ઉચ્ચ-તાપમાન ગંધ વાતાવરણમાં વિદ્યુત ઊર્જાનું થર્મલ ઊર્જામાં કાર્યક્ષમ રૂપાંતર સક્ષમ કરે છે, જેનાથી ધાતુશાસ્ત્ર પ્રક્રિયા આગળ વધે છે. નીચે તેમના મુખ્ય કાર્યકારી મિકેનિઝમ્સનું વિગતવાર વિશ્લેષણ છે:

1. આર્ક ડિસ્ચાર્જ અને ઇલેક્ટ્રિકલ-ટુ-થર્મલ એનર્જી કન્વર્ઝન

૧.૧ આર્ક રચના પદ્ધતિ
જ્યારે UHP ગ્રેફાઇટ ઇલેક્ટ્રોડને સ્મેલ્ટિંગ સાધનોમાં એકીકૃત કરવામાં આવે છે (દા.ત., ઇલેક્ટ્રિક આર્ક ફર્નેસ), ત્યારે તે વાહક માધ્યમ તરીકે કાર્ય કરે છે. ઉચ્ચ-વોલ્ટેજ ડિસ્ચાર્જ ઇલેક્ટ્રોડ ટીપ અને ફર્નેસ ચાર્જ (દા.ત., સ્ક્રેપ સ્ટીલ, આયર્ન ઓર) વચ્ચે ઇલેક્ટ્રિક ચાપ ઉત્પન્ન કરે છે. આ ચાપમાં ગેસ આયનીકરણ દ્વારા રચાયેલ વાહક પ્લાઝ્મા ચેનલ હોય છે, જેનું તાપમાન 3000°C થી વધુ હોય છે - જે પરંપરાગત દહન તાપમાન કરતાં ઘણું વધારે છે.

૧.૨ કાર્યક્ષમ ઉર્જા પ્રસારણ
ચાપ દ્વારા ઉત્પન્ન થતી તીવ્ર ગરમી ફર્નેસ ચાર્જને સીધી પીગળે છે. ઇલેક્ટ્રોડ્સની શ્રેષ્ઠ વિદ્યુત વાહકતા (6-8 μΩ·m જેટલી ઓછી પ્રતિકારકતા સાથે) ટ્રાન્સમિશન દરમિયાન ન્યૂનતમ ઉર્જા નુકશાન સુનિશ્ચિત કરે છે, પાવર ઉપયોગને શ્રેષ્ઠ બનાવે છે. ઉદાહરણ તરીકે, ઇલેક્ટ્રિક આર્ક ફર્નેસ (EAF) સ્ટીલ નિર્માણમાં, UHP ઇલેક્ટ્રોડ્સ સ્મેલ્ટિંગ ચક્રને 30% થી વધુ ઘટાડી શકે છે, જે ઉત્પાદકતામાં નોંધપાત્ર વધારો કરે છે.

2. સામગ્રી ગુણધર્મો અને કામગીરી ખાતરી

૨.૧ ઉચ્ચ-તાપમાન માળખાકીય સ્થિરતા
ઇલેક્ટ્રોડ્સની ઉચ્ચ-તાપમાન સ્થિતિસ્થાપકતા તેમની સ્ફટિકીય રચનામાંથી ઉદ્ભવે છે: સ્તરીય કાર્બન અણુઓ sp² હાઇબ્રિડાઇઝેશન દ્વારા સહસંયોજક બંધન નેટવર્ક બનાવે છે, જેમાં વાન ડેર વાલ્સ દળો દ્વારા ઇન્ટરલેયર બંધન હોય છે. આ માળખું 3000°C પર યાંત્રિક શક્તિ જાળવી રાખે છે અને અસાધારણ થર્મલ શોક પ્રતિકાર પ્રદાન કરે છે (500°C/મિનિટ સુધીના તાપમાનના વધઘટનો સામનો કરીને), મેટાલિક ઇલેક્ટ્રોડ્સ કરતાં વધુ સારું પ્રદર્શન કરે છે.

૨.૨ થર્મલ વિસ્તરણ અને ક્રીપ સામે પ્રતિકાર
UHP ઇલેક્ટ્રોડ્સ થર્મલ વિસ્તરણનો ઓછો ગુણાંક (1.2×10⁻⁶/°C) દર્શાવે છે, જે ઊંચા તાપમાને પરિમાણીય ફેરફારોને ઘટાડે છે અને થર્મલ તણાવને કારણે તિરાડોની રચનાને અટકાવે છે. તેમનો ક્રીપ પ્રતિકાર (ઉચ્ચ તાપમાન હેઠળ પ્લાસ્ટિક વિકૃતિનો પ્રતિકાર કરવાની ક્ષમતા) સોય કોક કાચા માલની પસંદગી અને અદ્યતન ગ્રાફિટાઇઝેશન પ્રક્રિયાઓ દ્વારા ઑપ્ટિમાઇઝ કરવામાં આવે છે, જે લાંબા સમય સુધી ઉચ્ચ-લોડ કામગીરી દરમિયાન પરિમાણીય સ્થિરતા સુનિશ્ચિત કરે છે.

૨.૩ ઓક્સિડેશન અને કાટ પ્રતિકાર
એન્ટીઑકિસડન્ટો (દા.ત., બોરાઇડ્સ, સિલિસાઇડ્સ) નો સમાવેશ કરીને અને સપાટી પર કોટિંગ લગાવીને, ઇલેક્ટ્રોડ્સનું ઓક્સિડેશન શરૂઆતનું તાપમાન 800°C થી ઉપર વધે છે. પીગળતી વખતે પીગળેલા સ્લેગ સામે રાસાયણિક જડતા અતિશય ઇલેક્ટ્રોડ વપરાશ ઘટાડે છે, જે પરંપરાગત ઇલેક્ટ્રોડ્સ કરતા 2-3 ગણું સેવા જીવન લંબાવે છે.

3. પ્રક્રિયા સુસંગતતા અને સિસ્ટમ ઑપ્ટિમાઇઝેશન

૩.૧ વર્તમાન ઘનતા અને શક્તિ ક્ષમતા
UHP ઇલેક્ટ્રોડ્સ 50 A/cm² થી વધુ વર્તમાન ઘનતાને સપોર્ટ કરે છે. જ્યારે ઉચ્ચ-ક્ષમતાવાળા ટ્રાન્સફોર્મર્સ (દા.ત., 100 MVA) સાથે જોડી બનાવવામાં આવે છે, ત્યારે તેઓ 100 MW થી વધુ સિંગલ-ફર્નેસ પાવર ઇનપુટ્સને સક્ષમ કરે છે. આ ડિઝાઇન સ્મેલ્ટિંગ દરમિયાન થર્મલ ઇનપુટ દરને વેગ આપે છે - ઉદાહરણ તરીકે, ફેરોસિલિકોન ઉત્પાદનમાં પ્રતિ ટન સિલિકોન ઊર્જા વપરાશ 8000 kWh થી નીચે ઘટાડે છે.

૩.૨ ગતિશીલ પ્રતિભાવ અને પ્રક્રિયા નિયંત્રણ
આધુનિક સ્મેલ્ટિંગ સિસ્ટમ્સ સ્માર્ટ ઇલેક્ટ્રોડ રેગ્યુલેટર (SERs) નો ઉપયોગ કરે છે જે ઇલેક્ટ્રોડની સ્થિતિ, વર્તમાન વધઘટ અને ચાપ લંબાઈનું સતત નિરીક્ષણ કરે છે, ઇલેક્ટ્રોડ વપરાશ દર 1.5-2.0 kg/t સ્ટીલની અંદર જાળવી રાખે છે. ભઠ્ઠી વાતાવરણ મોનિટરિંગ (દા.ત., CO/CO₂ ગુણોત્તર) સાથે જોડાયેલ, આ ઇલેક્ટ્રોડ-ચાર્જ કપલિંગ કાર્યક્ષમતાને શ્રેષ્ઠ બનાવે છે.

૩.૩ સિસ્ટમ સિનર્જી અને ઉર્જા કાર્યક્ષમતા વૃદ્ધિ
UHP ઇલેક્ટ્રોડ્સ જમાવટ કરવા માટે સહાયક માળખાકીય સુવિધાઓની જરૂર પડે છે, જેમાં ઉચ્ચ-વોલ્ટેજ પાવર સપ્લાય સિસ્ટમ્સ (દા.ત., 110 kV ડાયરેક્ટ કનેક્શન્સ), વોટર-કૂલ્ડ કેબલ્સ અને કાર્યક્ષમ ધૂળ સંગ્રહ એકમોનો સમાવેશ થાય છે. કચરો ગરમી પુનઃપ્રાપ્તિ તકનીકો (દા.ત., ઇલેક્ટ્રિક આર્ક ફર્નેસ ઓફ-ગેસ કોજનરેશન) એકંદર ઊર્જા કાર્યક્ષમતાને 60% થી વધુ સુધી વધારે છે, જે કાસ્કેડિંગ ઊર્જા ઉપયોગને સક્ષમ બનાવે છે.

આ અનુવાદ શૈક્ષણિક/ઔદ્યોગિક પરિભાષા પરંપરાઓનું પાલન કરતી વખતે ટેકનિકલ ચોકસાઈ જાળવી રાખે છે, જે વિશિષ્ટ પ્રેક્ષકો માટે સ્પષ્ટતા સુનિશ્ચિત કરે છે.